JPH0632669A

JPH0632669A - 接合体、メタライズ体およびメタライズ体の製造方法

Info

Publication number: JPH0632669A
Application number: JP4187906A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Suenaga; 誠一末永; Miho Koyama; 美保小山; Shinji Arai; 真次荒井; Masako Nakabashi; 昌子中橋; Shinichi Nakamura; 新一中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-08
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP3495052B2

Abstract

(57)【要約】【目的】界面での化学的結合力の向上を図ると共に、
セラミックス側の応力集中を抑制し、高機械的接合強度
が安定して得られる接合体を提供する。また、密着性が
高く、かつ形状の再現性に優れたメタライズ層が安定し
て得られるメタライズ体を提供する。【構成】セラミックス基材と金属基材、あるいはセラ
ミックス基材同志の接合体である。これらは、Ti、Zrお
よびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第１の金属
元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少なくと
も 1種からなる第２の金属元素と、酸素とを、組成比で
70at%以上含有する化合物を含み、かつ厚さが 2μm 以
下の接合層を介して接合されている。また、上記した第
１の金属元素と第２の金属元素と酸素とを含有する化合
物を含むメタライズ層をセラミックス基材上に設けたメ
タライズ体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス基材を用
いた接合体と、セラミックス基材の表面を金属化したメ
タライズ体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス基材と金属基材、あるいは
セラミックス基材同士の接合技術は、半導体やデバイス
等の機能材料から、ガスタービン等の構造材料までの広
い範囲で応用されている。従来の有効な接合方法として
は、 Mo-Mn法、ＤＢＣ法、活性金属法等が知られてい
る。

【０００３】上述したような接合方法のうち、 Mo-Mn法
やＤＢＣ法は、引張り強度等に代表される機械的接合強
度が母材強度と比較して低く、強度や耐熱疲労性等が要
求されるような部位への適用が困難であるという問題を
有していた。接合体の強度が母材と比較して低い理由は
主に、界面における化学的接合力が低い場合と、セラミ
ックス基材内に接合相手材等との熱膨張係数の違いに起
因する応力集中部が生じ、この部分の強度が劣化する場
合が考えられる。

【０００４】活性金属法は、Ti等のセラミックスに対す
る還元作用等を利用し、界面における高い化学的結合力
で接合を行うもので、 Mo-Mn法やＤＢＣ法等に比べて、
高い機械的接合強度を有する接合体が得られるため、有
効な接合方法とされている。しかし、活性金属法は、セ
ラミックス基材内に発生する応力集中が大きいことか
ら、セラミックス母材より機械的強度が低くなるという
問題があった。

【０００５】このように、セラミックス接合体の強度を
セラミックス母材並にするためには、界面での化学的結
合力の向上を図ると共に、セラミックス側の応力集中を
抑制するという、 2つの因子を制御する必要があるが、
現状の接合方法はこれらを十分に満足するまでには至っ
ていない。

【０００６】一方、前述した Mo-Mn法、ＤＢＣ法、活性
金属法等は、セラミックス基材の接合に限らず、セラミ
ックス基材表面の金属化（メタライズ）にも適用されて
いる。セラミックス基材のメタライズは、セラミックス
基材を回路基板等として使用する際の回路の形成手段と
して広く利用されている。しかし、このようなメタライ
ズ技術においても、上述した接合体の場合と同様に、従
来法ではセラミックス基材とメタライズ層との接合強度
（密着性）を十分に高めることができないという問題が
あった。

【０００７】また、セラミックス基材のメタライズ技術
においては、上記した接合強度の点以外に、回路パター
ン等の再現性やメタライズ層の物理的特性等も考慮しな
ければならない。例えば、従来のTiを含む Ag-Cuろう材
を用いたメタライズ層の形成方法においては、上記ろう
材を溶融させ、ろう材の液相状態を利用してメタライズ
層を形成しているため、ろう材の側面へのはみ出し等を
生じやすく、微細なパターンを形成することが困難であ
り、さらには純度の高いCuメタライズ層を形成すること
ができない等という欠点を有していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の接合方法やメタライズ方法は、接合界面にてセラミッ
クス母材の強度に匹敵するような、十分に高い機械的接
合強度を得ることが困難であるという問題を有してい
た。

【０００９】このようなことから、セラミックス接合体
においては、界面での化学的結合力の向上を図ると共
に、セラミックス側の応力集中を抑制することが可能な
接合技術が強く求められている。また、セラミックスメ
タライズ体においては、十分な密着強度を有すると共
に、微細なパターンの再現性に優れたメタライズ技術が
強く求められている。

【００１０】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、界面での化学的結合力の向上を図る
と共に、セラミックス側の応力集中を抑制し、高機械的
接合強度が安定して得られる接合体を提供することを目
的としており、また他の目的は、密着性が高く、かつ形
状の再現性に優れたメタライズ層が安定して得られるメ
タライズ体およびその製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは、前
述したセラミックスの接合やメタライズについて検討を
重ねた結果、活性金属を含む接合層内またはメタライズ
層内のセラミックス基材との界面近傍に、特定構造の化
合物を存在させることにより、化学的結合力の向上を図
った上で、セラミックス側の応力集中を緩和することが
可能であること、また活性金属でアルミナ系セラミック
ス基材を還元しつつメタライズ層を形成する際に、アル
ミナの還元反応を固相熱処理下で行うと共に、アルミナ
の還元により生成され、界面反応を阻害するAlがそのま
まの状態で接合界面に残留することを防ぐことにより、
密着性が高く、かつ微細パターンの再現性に優れたメタ
ライズ層が得られることを見出だした。

【００１２】本発明の接合体は、上記した第１の知見に
基いて成されたもので、セラミックス基材と金属基材、
あるいはセラミックス基材同志の接合体であって、Ti、
ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第１の
金属元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少な
くとも 1種からなる第２の金属元素と、酸素とを、組成
比で 70at%以上含有する化合物を含み、かつ厚さが 2μ
m 以下の接合層を介して、前記セラミックス基材と金属
基材、あるいは前記セラミックス基材同志が接合されて
いることを特徴としている。

【００１３】また、本発明における第１のメタライズ体
は、同様に第１の知見に基くものであり、セラミックス
基材と、前記セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrお
よびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第１の金属
元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少なくと
も 1種からなる第２の金属元素と、酸素とを、組成比で
70at%以上含有する化合物を含むメタライズ層とを具備
することを特徴としている。

【００１４】上記メタライズ体の製造方法は、セラミッ
クス基材上に、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも
1種からなる第１の金属元素の薄膜と、Cu、Ni、Co、Fe
およびMnから選ばれた少なくとも 1種からなる第２の金
属元素の薄膜を順に形成する工程と、前記薄膜を形成し
たセラミックス基材に、前記薄膜の融点以下の温度で熱
処理を施し、前記セラミックス基材上に前記第１の金属
元素と第２の金属元素と酸素とを組成比で 70at%以上含
有する化合物を含むメタライズ層を形成する工程とを有
することを特徴としている。

【００１５】上述した第２の知見に基く、本発明の第２
のメタライズ体は、アルミナ系セラミックス基材と、T
i、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる活
性金属とCuとAlとを構成元素として含む化合物粒子が前
記アルミナ系セラミックス基材との界面近傍に分散形成
された前記活性金属の層と、前記活性金属層上に設けら
れたCu層とを具備することを特徴としている。

【００１６】また、第３のメタライズ体は、アルミナ系
セラミックス基材と、前記アルミナ系セラミックス基材
上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも
1種からなる活性金属層とを具備し、前記活性金属層と
アルミナ系セラミックス基材との界面、前記活性金属層
の内部、および前記活性金属層の表面の少なくとも 1つ
に、予めAlと結合しやすい物質を配置すると共に、予め
Alと結合しやすい物質を配置すると共に、前記Alと結合
しやすい物質を固相熱処理によりAlとの結合物として存
在させたことを特徴としている。

【００１７】さらに、第４のメタライズ体は、アルミナ
系セラミックス基材と、前記アルミナ系セラミックス基
材上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくと
も 1種からなる活性金属層とを具備し、前記活性金属層
は、前記アルミナ系セラミックス基材表面に垂直な方向
に対して±30度の範囲に、結晶のｃ軸を配向させた前記
活性金属の結晶粒子を主体とする配向膜であることを特
徴としている。

【００１８】本発明の接合体は、上述したように、セラ
ミックス基材と金属基材、あるいはセラミックス基材同
志を、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種から
なる第１の金属元素（Me(1) ）と、Cu、Ni、Co、Feおよ
びMnから選ばれた少なくとも1種からなる第２の金属元
素（Me(2) ）と、酸素とを主構成元素とする化合物を含
む、厚さ 2μm 以下の接合層を介して接合したものであ
る。

【００１９】上記接合体に用いるセラミックス基材とし
ては、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネ
シウム、酸化ケイ素等を主体とする酸化物系セラミック
ス焼結体から、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素等を主体とする非酸化物系セラミックス焼結体ま
で、各種のセラミックス焼結体を適用することが可能で
ある。また、金属基材としては、鋼材、 Fe-Ni系合金、
Mo合金、 W合金等、用途に応じて種々の金属材料を適用
することが可能である。

【００２０】本発明の接合体における接合層は、Me(1)
とMe(2) と酸素とを主構成元素とする、換言すれば組成
比で 70at%以上含有する化合物を含むものである。この
ことは、多少の不純物元素を含んでいてもよいことを意
味している。上記化合物としては、Me(1) とMe(2) と酸
素とを原子比で 3:3:1〜 4:2:1の範囲で含む、空間群Fd
3mのダイヤモンド構造を有するものが好ましい。なお、
上記化合物中の元素の組み合せは、特に限定されるもの
ではないが、例えばMe(1) がTi、Me(2) がCuからなる化
合物が挙げられ、この場合にはTi₃Cu₃O 〜Ti₄Cu₂O
の範囲で原子比が変化するものである。また、上記化合
物は、少なくともセラミックス基材との接合界面近傍に
存在させる必要があり、具体的には層状に存在させた
り、あるいは分散して存在させる。

【００２１】上記したような空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する化合物は、セラミックス基材と化学的結合
力の大きい界面を形成すると共に、それ自体の熱膨張係
数がセラミックス基材と金属基材の中間的な値となるた
め、セラミックス基材側に発生する応力を低減する役割
を果たす。すなわち、応力緩和材としての機能を有する
ものである。このようなことから、セラミックス基材の
強度と比較して、接合部の機械的強度の低下が少ない接
合体を得ることが可能となる。

【００２２】また、上記した Me(1)-Me(2)-O系化合物を
含む接合層の厚さは、 2μm 以下とする。上記接合層の
厚さが 2μm を超えると、接合部の機械的強度が低下が
大きくなる。すなわち、接合層の厚さを 2μm 以下とし
て場合に、セラミックス基材と比較した機械的接合強度
の低下を最も低くすることができる。

【００２３】本発明における接合層は、実質的に上記 M
e(1)-Me(2)-O系化合物のみによって構成してもよいし、
あるいは上記化合物とその構成金属元素との混合層とす
ることもできる。これらの形態において、上記化合物は
ろう材としての機能も有しているものの、実質的なろう
材成分として上記化合物の構成金属元素、具体的にはMe
(2)を上記化合物とは別に含ませることができる。ま
た、 Me(1)および Me(2)以外に、ろう材として機能する
金属元素、例えばAgを接合層中に含ませることも可能で
ある。

【００２４】上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物およびそれを
含む接合層の形成方法は、特に限定されるものではない
が、例えば以下のようにして、被接合材の接合と同時に
上記化合物を形成することが好ましい。

【００２５】すなわち、まずセラミックス基材の表面
に、 Me(1)および Me(2)の薄膜を順に積層形成して、多
層膜を作製する。この際、 Me(1)薄膜はセラミックス基
材側に形成する。また、 Me(1)および Me(2)以外の金属
元素を接合層中に含ませる場合には、同様に薄膜として
多層化する。上記薄膜の形成方法としては、スパッタリ
ング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の物理的、化学的成膜法を
適用することができる。これら薄膜の厚さは、前述した
組成比の Me(1)-Me(2)-O系化合物が形成されるように設
定するものとするが、例えば Me(2)自体をろう材として
機能させる際には、その分を考慮して厚さを設定するも
のとする。また、接合処理（熱処理）後に、接合層の厚
さが 2μm 以下となるように、それぞれの厚さを設定す
る。

【００２６】次に、上記薄膜の多層膜上に接合相手部材
を配置し、接合温度まで加熱する。この際の昇温速度
は、昇温過程で Me(1)-Me(2)-O系化合物が十分に形成さ
れるような速度に設定することが重要である。すなわ
ち、 Me(1)-Me(2)-O系化合物は、多層薄膜間の固相反応
により形成されるため、このような固相反応が十分に進
行するように、ゆっくりとした速度で昇温することが好
ましい。このように、薄膜を用いる方法では、セラミッ
クス基材と薄膜とのコンタクトが予めとれているため、
固相状態での拡散、化合物生成反応が速やかに進行す
る。具体的には15℃／分以下とすることが好ましい。上
記 Me(1)-Me(2)-O系化合物中の酸素は、酸化物系セラミ
ックス基材を使用する際には、セラミックス基材側から
供給される。また酸素は、上記薄膜の多層膜内や雰囲気
内から供給することも可能である。

【００２７】このように、昇温過程で Me(1)-Me(2)-O系
化合物を形成した後、接合層中のろう材成分の溶融温度
（接合温度）近傍まで昇温して、セラミックス基材と金
属基材、あるいは同組成または異組成のセラミックス基
材同志を接合する。Me(1)-Me(2)-O 系化合物を接合層内
に形成することによって、前述したように化学的結合力
の大きい接合界面が得られると共に、セラミックス基材
側に発生する応力を低減することができ、よって接合部
の機械的強度の低下が少ない接合体が得られる。また、
Me(1)-Me(2)-O系化合物は、ろう材に対する濡れ性も高
いことから、接合層中のろう材成分が上記化合物上に良
好に濡れ広がるため、さらに良好な接合強度が得られ
る。

【００２８】なお、上記した接合方法では、接合熱処理
時に Me(1)-Me(2)-O系化合物を同時に形成しているが、
本発明における Me(1)-Me(2)-O系化合物の形成方法はこ
れに限定されるものではなく、例えば予め上記化合物を
形成した後、接合熱処理を行うこともできる。

【００２９】上述した空間群Fd3mのダイヤモンド構造を
有する Me(1)-Me(2)-O系化合物は、接合体の接合層に限
らず、メタライズ層の接合強度の向上にも寄与する。す
なわち、本発明における第１のメタライズ体は、上記 M
e(1)-Me(2)-O系化合物を含むメタライズ層をセラミック
ス基材上に設けたものである。上記化合物やセラミック
ス基材の具体的な構成等は、前述した接合体と同様であ
る。また、その厚さも同様に、 2μm 以下とすることが
好ましい。

【００３０】上記メタライズ層は、必ずしも上記化合物
のみで構成しなければならないものではなく、接合強度
の向上の点からはセラミックス基材との界面近傍に存在
していればよい。また、上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物の
ろう材に対する濡れ性の高さを利用する際には、メタラ
イズ層の表面に上記化合物が例えば斑状に現出していれ
ばよいが、層状に存在させることがより好ましい。

【００３１】上記メタライズ体は、例えば以下のように
して作製される。まず、前述した接合体の作製と同様
に、セラミックス基材上に Me(1)およびMe(2)の薄膜を
順に積層形成して、多層膜を作製する。これら薄膜の厚
さは特に限定されるものではないが、原子比でMe(1):Me
(2)= 1:1〜 3:1の範囲となるように設定することが好ま
しい。この組成範囲の際に、特に前述した空間群Fd3mの
ダイヤモンド構造を有する化合物が形成され易いためで
ある。

【００３２】次に、上記薄膜の多層膜を形成したセラミ
ックス基材に、各薄膜の融点以下で、かつ多層薄膜間お
よび薄膜とセラミックス基材間の固相反応が進行し得る
温度以上の温度範囲で熱処理を施す。具体的な熱処理温
度としては、 Me(1)としてTi、 Me(2)としてCuを用いた
場合、 600℃〜 800℃の温度範囲が好ましい。熱処理温
度があまり低くても、また融点を超えるほど高くても、
目的とする Me(1)-Me(2)-O系化合物を十分に形成するこ
とができない。また、熱処理雰囲気は、真空中や不活性
雰囲気としてもよいし、また酸素含有雰囲気とすること
もできる。

【００３３】このような温度による熱処理によって、界
面や多層薄膜間での固相反応が進行して、 Me(1)-Me(2)
-O系化合物が形成される。固相反応の進行は、例えばア
ルミナ系基材上に、TiとCuの薄膜を順に形成した場合、
Tiがアルミナを還元して酸素を生成し、この酸素とTiと
Cuとにより、空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する化
合物が形成される。上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物中の酸
素は、酸化物系セラミックス基材を使用する際にはセラ
ミックス基材側から供給される。また酸素は、上記薄膜
の多層膜内や雰囲気内から供給することも可能である。
この際、メタライズ層のセラミックス基材側はセラミッ
クス基材側から酸素を供給し、表面側は雰囲気内から酸
素を供給する等によって、 Me(1)-Me(2)-O系化合物をメ
タライズ層内で分離形成したり、あるいは部分的に連続
した状態で形成することも可能である。

【００３４】このように、 Me(1)-Me(2)-O系化合物をメ
タライズ層内に形成することによって、化学的結合力の
大きいメタライズ層が得られる。また、上記化合物をメ
タライズ層の表面に存在させれば、ろう材に対して濡れ
性に優れたメタライズ層が得られる。ここで、 Me(1)-M
e(2)-O系化合物のメタライズ層中における比率は、特に
規定されるものではないが、メタライズ層全体を Me(1)
-Me(2)-O系化合物で構成するためには、薄膜の形成段階
における膜厚を上記化合物の原子比に合せて設定した
り、また十分に上記化合物が形成されるように熱処理時
間を設定することが重要である。

【００３５】次に、本発明の他のメタライズ体について
説明する。本発明における第２、第３、および第４のメ
タライズ体は、前述したように、アルミナ系セラミック
ス基材上に、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1
種からなる活性金属層を少なくとも設けたメタライズ体
であって、活性金属でアルミナ系セラミックス基材を還
元しつつメタライズ層を形成する際に、アルミナの還元
反応を固相熱処理下で行うと共に、アルミナの還元によ
り生成されるAlが接合界面に残留することを防止した構
造を有するものであり、これによって界面反応の活性化
を図ったものである。

【００３６】上記アルミナの還元によるAlが接合界面に
残留することを防止する具体的な手段としては、(a)
アルミナ系基材上にCuをメタライズする場合、アルミナ
の還元により生成されるAlと、活性金属と、Cuとを構成
元素として含む化合物粒子を、活性金属層とアルミナ系
基材との界面に分散形成した構造とする。すなわち、活
性金属の薄膜とCuの薄膜をアルミナ系基材上に順に形成
し、この薄膜体を溶融させることなく固相熱処理する。
これにより、活性金属薄膜は、アルミナ系基材との界面
に強固に密着した活性金属粒子（活性金属の酸化物粒子
を含む）からなる反応層となる。この際、アルミナは活
性金属により還元され、金属結合性のAlが生成するが、
このAlと活性金属およびCuとを構成元素とする化合物粒
子が、上記活性金属層とアルミナ系基材との界面、すな
わち上記した活性金属粒子とアルミナ系基材との界面に
分散形成され、生成されたAlは上記界面に形成される化
合物粒子の構成元素として取り込まれ、接合界面にその
ままの形態で残留することが防止される。一方、接合界
面には活性金属が偏析するため、Cu層は高純度が維持さ
れる。

【００３７】(b) アルミナ系基材上に活性金属をメタ
ライズする場合、アルミナ系基材上に形成する活性金属
薄膜の内部や表面、あるいはアルミナ系基材との界面
に、予めAlと結合しやすい物質（以下、Al吸収物質と記
す）を分散層、粒子、あるいは薄膜として配置し、活性
金属の薄膜を溶融させることなく固相熱処理する。これ
により、活性金属薄膜はアルミナと反応し、アルミナ系
基材との界面に強固に密着した活性金属層となる。この
際、アルミナは活性金属により還元され、金属結合性の
Alとして活性金属層側に拡散する。このAlは、上記Al吸
収物質の分散層、粒子、あるいは薄膜と結合し、接合界
面に残留することが防止される。

【００３８】(c) アルミナ系基材上に活性金属をメタ
ライズする場合に、アルミナ系基材上に形成した活性金
属薄膜を、溶融させることなく固相熱処理することによ
り、アルミナ系基材表面に垂直な方向に対して±30度の
範囲に結晶のｃ軸を配向させた活性金属の結晶粒子を主
体とする配向膜とする。活性金属薄膜は、上記固相熱処
理によりアルミナと反応し、アルミナ系基材との界面に
強固に密着した活性金属層となる。この際、アルミナは
活性金属により還元され、金属結合性のAlとして活性金
属層側に拡散する。このAlは、Alの拡散を高速化する膜
構造である活性金属の配向膜内を拡散し、接合界面に残
留することが防止される。

【００３９】上記 (a)〜 (c)の構造を有するメタライズ
体は、例えば以下のようにして作製される。

【００４０】まず、本発明に用いるアルミナ系基材とし
ては、界面における反応性と拡散を高めるように、表面
平滑性、清浄度の高いものが好ましい。予め、アルミナ
系基材の表面に研磨を施して平滑性を高め、また金属薄
膜を形成する前に脱脂処理を施すことが好ましい。特に
表面洗浄度を上げる点から逆スパッタ処理を施すことが
好ましい。

【００４１】上記したようなアルミナ系基材上に、活性
金属薄膜を形成する。活性金属薄膜の形成方法として
は、スパッタリング法、蒸着法等のＰＶＤ法や、ＣＶＤ
法が適用できるが、膜成分の高純度化を図る上でＰＶＤ
法が好ましい。また、この活性金属薄膜上に、必要に応
じてCu薄膜等を形成する。上記 (a)においては、Cu薄膜
の形成が必須となる。また、 (b)や (c)においては、活
性金属膜上にCu薄膜の形成、さらに他の金属薄膜の形成
を適用することも可能である。上記したような薄膜形成
法を用いることにより、マスキングを用いれば従来用い
られていたペースト等では得られない加工精度を達成す
ることができ、また密着性の向上も図れる。さらに、薄
膜形成法を用いることにより、従来用いられてきたペー
ストや箔では起こらなかった低温から固相反応を起こす
ことが可能となる。

【００４２】活性金属薄膜としては、Ti、ZrおよびHfか
ら選ばれた 1種からなる金属膜、またはこれら金属元素
の積層膜、合金膜等を用いることができる。また、活性
金属薄膜の厚さは、 (a)および (b)では 1nm〜 5μm 程
度を用いることができ、好ましくは10nm〜 1μm であ
る。また、 (c)においては10nm〜 5μm 程度を用いるこ
とができ、好ましくは50nm〜 1μm である。Cu薄膜等の
他の金属薄膜の厚さとしては、同様に 1nm〜10μm 程度
を用いることができ、好ましくは 100nm〜 5μmであ
る。

【００４３】ここで、上記 (b)においては、活性金属薄
膜の形成過程で、Alと結合しやすい物質（Al吸収物質）
からなる分散層または分散粒子を活性金属薄膜内に形成
するか、あるいは活性金属薄膜の形成後に、その上にAl
吸収物質の薄膜を形成する。上記Alと結合しやすい物質
としては、3A族元素、4A族元素、5A族元素、8A族元素お
よび1B族元素から選ばれた 1種、あるいはそれらの数種
からなる合金、化合物、積層膜等が挙げられる。

【００４４】上記Al吸収物質の具体的な形成方法として
は、例えば活性金属薄膜を成膜する前に、Al吸収物質
を、マスキングをしつつ、アルミナ系基材上に成膜す
る。膜厚は 0.1nm〜 100nmとすることが好ましく、 0.1
nm〜50nmが望ましい。また、Al吸収物質の面積は全メタ
ライズ面積の 50%以下とすることが好ましく、 30%以下
が望ましい。なお、できるだけ微細に分散させることが
望ましい。上記Al吸収物質層上に活性金属薄膜を連続し
て成膜する。

【００４５】また、活性金属薄膜の内部に、Al吸収物質
の分散層を形成する場合には、活性金属薄膜の成膜を中
断して、Al吸収物質をマスキングしながら成膜する。こ
の工程を数回繰り返す。同じ位置に重ならないように、
マスキングをかける位置を変えることが望ましい。膜厚
は 0.1nm〜50nmとすることが好ましく、 0.1nm〜20nmが
望ましい。Al吸収物質の面積は全メタライズ面積の 30%
以下とすることが好ましく、 15%以下が望ましい。また
同様に、できるだけ微細に分散させることが望ましい。
さらに、活性金属薄膜の上部にAl吸収物質の薄膜を形成
する場合には、1nm〜 3μm 程度の膜厚を用いることが
でき、好ましくは 1nm〜 0.5μm 程度である。

【００４６】次に、活性金属薄膜、また必要に応じてCu
薄膜等を形成したアルミナ系基材に対して熱処理を施
す。熱処理雰囲気は、アルミナ表面および金属薄膜の清
浄度を保つために、真空中あるいは高純度の不活性ガス
中で行う必要があり、実用上は10^-4Torr以上の真空中あ
るいは5N以上のArガス中で行うことが好ましい。

【００４７】また、熱処理温度は、上記 (a)および (b)
では 500℃を超え、金属薄膜の融点以下の温度範囲、上
記 (c)では 700℃以上で金属薄膜の融点以下の温度範囲
とする。 (a)および (b)において、熱処理温度が 500℃
未満では本発明の界面反応が起きにくくなり、融点を超
えると金属膜が溶解し、本発明の効果が得られなくなる
ためである。また、 (c)においては、熱処理温度が 700
℃未満では活性金属膜の配向、界面反応、およびAlの高
速拡散が起きにくくなるためである。より好ましい熱処
理温度は、 (a)および (b)では 700℃〜 900℃、 (c)で
は 700℃〜1000℃の範囲である。なお、金属薄膜表面に
酸化膜が生成した場合にはエッチング等で除去するとよ
い。

【００４８】上記したような熱処理を行うことによっ
て、活性金属はアルミナを還元しつつ、アルミナ系基材
表面に強固に密着する。熱処理時間は、 (a)では30分〜
5時間程度とすることが好ましく、目的とする組織を作
るためには 1時間〜 3時間が望ましい。また、 (b)では
3分〜 5時間程度とすることが好ましく、30分〜 1時間
が望ましい。 (c)では 5分〜 1時間程度とすることが好
ましく、10分〜30分が望ましい。

【００４９】次に、上記した (a)、 (b)、 (c)毎に、熱
処理過程における具体的な固相反応等について説明す
る。まず (a)において、成膜時には活性金属膜の構造は
アモルファス・ライクな超微細粒の集合体であるが、熱
処理することにより再結晶化を行わせて、活性金属の構
造を幅 200nm〜 500nm、高さ 150nm〜 300nm程度の粒子
状とし、このような活性金属の粒子が界面付近において
層をなす構造とする。このような構造であると、再結晶
させた結晶粒であることと、この結晶粒子からなる層構
造とすることで、熱処理等によって生じる応力を粒界移
動によって緩和することができる。また、 500℃を超
え、金属薄膜の融点以下の温度で熱処理することによ
り、活性金属粒子がアルミナと反応して界面が凹凸状態
となり、アルミナと活性金属膜との密着性を向上させる
ことができる。

【００５０】反応の結果として生成するAlを、活性金属
粒子中に拡散させることにより、活性金属とAlとCuとを
構成元素とする化合物相を、アルミナと活性金属粒子と
の界面に粒子状に形成するようにする。この活性金属と
AlとCuからなる化合物粒子の寸法は、 100nm程度あるい
はそれ以下であり、アルミナと活性金属の双方の成分を
含むことで両相と強力に結合しているのため、この化合
物粒子を界面に形成させることによって、より高い密着
性を得ることができる。また、Alを上記化合物粒子中に
取り込むことで、生成したAlが界面反応を阻害すること
もない。さらに、粒子形状で界面に分散させることか
ら、界面における応力の緩和を行うことができる。

【００５１】一方、Cu薄膜層は活性金属が界面に密着し
て偏析することにより、相互拡散が押さえられて純度の
高いままで維持することが可能となる。また、30分以上
の長時間の熱処理により、Cuは活性金属相以上に再結晶
化が進み、粒界をほとんど含まない配向性の良い膜とす
ることができる。

【００５２】また、 (b)および (c)においては、熱処理
を行うことによって、活性金属はアルミナを還元する。
活性金属層とアルミナが直接に接している限りはアルミ
ナが還元され、これにより良好なメタライズが可能とな
る。還元反応に伴って金属結合性のAlが生成するが、こ
れが界面にとどまると活性金属層がアルミナと直接に接
することが妨げられ、結果としてアルミナの還元が妨げ
られる。

【００５３】そこで、(b) においては、Alと結合しやす
い物質からなる分散層、粒子あるいは薄膜にAlを吸収さ
せて結合反応相を形成する。なお、この結合反応相に活
性金属が含まれていてもよい。これにより、活性金属層
とアルミナとが常に直接接し、還元反応を常に起こるよ
うにすることができる。これによって、強固なメタライ
ズが可能となる。

【００５４】また、 (c)において、活性金属例えばTiの
ｃ軸方向のAlの拡散速度は、他の方位に比べて著しく速
く、 1100Kにおいては O、 C、 Nよりも高速に拡散す
る。よって、固相熱処理により、活性金属薄膜をアルミ
ナ系基材表面に垂直な方向に対して±30度の範囲にｃ軸
を配向させた配向膜とする。上記結晶のｃ軸がアルミナ
系基材の表面に垂直な方向に対して±30度の範囲を超え
ると、Alの高速拡散効果を十分に得ることはできない。
また、上記ｃ軸がアルミナ系基材の表面に垂直な方向に
対して±30度以内である結晶粒子の含まれる割合は、 5
0%以上であればAlの高速拡散効果が明らかに得られ、 8
0%以上含まれることがさらに望ましい。活性金属膜を上
記したような配向膜とすることで、反応の妨げとなるAl
を高速で活性金属膜内に拡散させることができる。これ
によって、活性金属とアルミナ系基材とが常に直接接
し、還元反応を活性化させることができる。また、従来
よりも短時間の熱処理で、密着性に優れたメタライズ層
が得られる。

【００５５】なお、上記したメタライズ体においては、
(a)、 (b)および (c)を個々に説明したが、これらを組
み合せた構造とすることも可能である。

【００５６】本発明のメタライズ体は、熱膨張差に起因
する応力集中等による接合強度の低下が抑制され、また
活性金属薄膜等の溶融状態を経ていないため、回り込み
等がを生じることがなく、精密なパターンのメタライズ
層を得ることが可能となる。なお、本発明のメタライズ
体は、例えば以下のような用途に用いることができる。
すなわち、メタライズにより回路基板材料等を得る場合
には、配線あるいは回路パターンに合せてマスキングを
行い、活性金属薄膜、さらに必要に応じてCu薄膜等を成
膜した後、真空中で熱処理を行うことによって、容易に
精密な配線あるいは回路パターンを有する基板材料を得
ることができる。また、リードピン等の接合を行う場合
にも、本発明のメタライズ層上、あるいはその上に形成
したCu層上等に、容易に I/Oピンをろう接することがで
きる。

【００５７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００５８】実施例１純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cu、Agの順に薄膜を積層形成した。各
薄膜の厚さは、それぞれ 360nm、1225nm、2700nmとし
た。次いで、上記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基材を
当接させ、 8×10^-6Torrの真空中にて昇温速度 5℃／分
で 800℃まで加熱することにより、界面に空間群Fd3mの
ダイヤモンド構造を有する Cu-Ti-O系化合物を形成しな
がら、アルミナ基材とFe-42%Ni合金基材とを接合した。

【００５９】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は5kg/mm²であった。また、接
合層内からは、厚さ約 1μm の空間群Fd3mのダイヤモン
ド構造を有する Cu-Ti-O系化合物層が検出された。

【００６０】一方、純度 96%のアルミナ基材の接合面上
に、ペースト状のTi-Cu-Agろう材を塗布し、このろう材
層を溶融させてFe-42%Ni合金基材を接合した。この接合
体の引張り試験を行ったところ、接合強度は2kg/mm²で
あり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する Cu-Ti-O系化合物は検出されなかった。実施例２純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を積層形成した。各薄膜
の厚さは、それぞれ 400nm、 800nmとした。次いで、上
記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基材を当接させ、 7×
10^-6Torrの真空中にて昇温速度10℃／分で 950℃まで加
熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤモンド構
造を有する Cu-Ti-O系化合物を形成しながら、アルミナ
基材とFe-42%Ni合金基材とを接合した。

【００６１】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は4kg/mm²であった。また、接
合層内からは、厚さ約 0.3μm の空間群Fd3mのダイヤモ
ンド構造を有する Cu-Ti-O系化合物層が検出された。

【００６２】一方、純度 96%のアルミナ基材の接合面上
に、ペースト状の Ti-Cuろう材を塗布し、このろう材層
を溶融させて、Fe-42%Ni合金基材を接合した。この接合
体の引張り試験を行ったところ、接合強度は1kg/mm²で
あり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する Cu-Ti-O系化合物は検出されなかった。実施例３純度 96%の窒化アルミニウム基材の接合面上に、スッパ
タリング法によって、Ti、Niの順に薄膜を積層形成し
た。各薄膜の厚さは、それぞれ 200nm、 400nmとした。
次いで、上記薄膜の積層体上にMo合金基材を当接させ、
5×10^-6Torrの真空中にて昇温速度 8℃／分で1000℃ま
で加熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤモン
ド構造を有する Ni-Ti-O系化合物を形成しながら、窒化
アルミニウム基材とMo合金基材とを接合した。

【００６３】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は3.5kg/mm²であった。また、
接合層内からは、厚さ約 0.1μm の空間群Fd3mのダイヤ
モンド構造を有する Ni-Ti-O系化合物層が検出された。

【００６４】一方、純度 96%の窒化アルミニウム基材の
接合面上に、箔状の Ti-Niろう材を配置し、このろう材
を溶融させて、Mo合金基材を接合した。この接合体の引
張り試験を行ったところ、接合強度は2kg/mm²であり、
また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド構造を
有する Ni-Ti-O系化合物は検出されなかった。

【００６５】実施例４純度 96%の窒化アルミニウム基材の接合面上に、スッパ
タリング法によって、Zr、Ag、Cuの順に薄膜を積層形成
した。各薄膜の厚さは、それぞれ70nm、 540nm、 250nm
とした。次いで、上記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基
材を当接させ、Ar雰囲気中にて昇温速度10℃／分で 850
℃まで加熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤ
モンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物を形成しながら、
窒化アルミニウム基材とFe-42%Ni合金基材とを接合し
た。

【００６６】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は2kg/mm²であった。また、接
合層内からは、厚さ約 0.1μm の空間群Fd3mのダイヤモ
ンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物層が検出された。

【００６７】一方、純度 96%の窒化アルミニウム基材の
接合面上に、ペースト状のZr-Cu-Agろう材を配置し、こ
のろう材を溶融させて、Fe-42%Ni合金基材を接合した。
この接合体の引張り試験を行ったところ、接合強度は0.
8kg/mm²であり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダ
イヤモンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物は検出されな
かった。

【００６８】実施例５純度 99%の単結晶アルミナ基材の接合面上に、スッパタ
リング法によって、Ti、Cu、Agの順に薄膜を積層形成し
た。各薄膜の厚さは、それぞれ72nm、 245nm、540nmと
した。次に、 5×10^-6Torrの真空中にて昇温速度 5℃／
分で 700℃まで加熱することによって熱処理し、単結晶
アルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有す
る Cu-Ti-O系化合物を含む層を形成した。この後、Fe-4
2%Ni合金からなるピンを当接させ、 800℃まで加熱して
接合した。

【００６９】接合後、ピンの引張り試験を行ったとこ
ろ、接合強度は6kg/mm²であり、また接合層内からは、
厚さ 0.2μm の空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O 系化合物層が検出された。

【００７０】一方、純度 99%の単結晶アルミナ基材の接
合面上に、箔状のTi-Cu-Agろう材を介して、Fe-42%Ni合
金からなるピンを当接配置し、上記ろう材を溶融させて
ピンを接合した。接合後、ピンの引張り試験を行ったと
ころ、接合強度は2kg/mm²であり、接合層内からは空間
群Fd3mのダイヤモンド構造の Cu-Ti-O系化合物は検出さ
れなかった。

【００７１】実施例６純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
3:2となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
200nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
^-6Torrの真空度とした後、 5℃／分で 700℃まで昇温
し、 2時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物（原子比で、Cu:Ti:O=2:4:1)層が形成
されていた。

【００７２】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して10度小さかった。
また、上記化合物層上にコバール合金を当接させ、上記
銀ろうを用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験
を行ったところ、接合強度は5kg/mm²であり、従来のMo
-Mn 法によるメタライズ層に接合した場合と比較して、
4kg/mm²強度が大きかった。

【００７３】実施例７純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
500nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
^-6Torrの真空度とした後、 5℃／分で 700℃まで昇温
し、 2時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物（原子比で、Cu:Ti:O=3:3:1)層が形成
されていた。

【００７４】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して10度小さかった。
また、上記化合物層上にコバール合金を当接させ、上記
銀ろうを用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験
を行ったところ、接合強度は6kg/mm²であり、従来のMo
-Mn 法によるメタライズ層に接合した場合と比較して、
5kg/mm²強度が大きかった。

【００７５】実施例８純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Niの順に薄膜を、 Ti:Niの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
300nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
^-6Torrの真空度とした後、 5℃／分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Ni-Ti-O系化合物（原子比で、Ni:Ti:O=3:3:1)層が形成
されていた。

【００７６】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 5度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm²であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm²
強度が大きかった。

【００７７】実施例９純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Zr、Cuの順に薄膜を、 Zr:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
400nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
^-6Torrの真空度とした後、 5℃／分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Zr-O系化合物（原子比で、Cu:Zr:O=2:4:1)層が形成
されていた。

【００７８】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 3度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm²であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm²
強度が大きかった。

【００７９】実施例１０純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
400nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
^-4Torrの真空度とした後、 5℃／分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物（原子比で、Cu:Ti:O=2:4:1)層が形成
されていた。

【００８０】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 3度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm²であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm²
強度が大きかった。

【００８１】実施例１１まず、回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨し
て鏡面とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミ
ナ基板表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面
クリーニングを行った。このアルミナ基板の表面を配線
パターンに合せてマスキングした後、スパッタリング法
によって、厚さ 200nmのTi薄膜、その上部に厚さ 600nm
のCu薄膜を連続して成膜した。この後、真空中で熱処理
を行った。真空度は 5×10^-6Torr、温度 900℃で 3時間
行った。この結果、アルミナ表面に密着性のよいCuの精
密な配線パターンが形成された。

【００８２】図１は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層の断面をＴＥＭ観察した結果
の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板１と活
性金属薄膜としてのTi偏析層２および化合物粒子３との
間に遊離部分はなく、密着性がよいことが確認された。
また、ＥＤＸ定性分析を行った結果、化合物粒子３から
Al、Cu、Tiおよび Oが、Ti偏析層２からはTiと Oが検出
され、目的とした組織ができていることが確認された。
また、Cuメタライズ層４についてＥＤＸ定量分析を行っ
たところ、 97%という値が得られ、目的としたCuメタラ
イズが形成されていることが確認された。

【００８３】実施例１２回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、エタノールで脱脂を行い、アルミナ基
板表面の汚れを除去した後、このアルミナ基板表面を配
線パターンに合せてマスキングした後、スパッタリング
法によって、厚さ 100nmのTi薄膜と、厚さ 150nmのZr薄
膜と、厚さ 800nmのCu薄膜を、順に連続して成膜した。
この後、チャンバに入れて 7×10^-6Torrまで真空に引い
た後、高純度Arガス(6N)中で、 800℃で 1.5時間熱処理
を行った。この結果、アルミナ基板との界面に活性金属
反応層をもつ、密着性のよいCuの精密な配線パターンが
形成された。

【００８４】図２は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板の断面図である。アルミナ基板１上に、活性
金属反応層５を介してCuメタライズ層４が形成されてい
た。なお、Cuメタライズ層４の表面に薄い酸化膜が形成
されていたので、乾式研磨によりこの酸化膜を除去し
た。

【００８５】実施例１３回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミナ基板
表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面クリー
ニングを行った。このアルミナ基板表面を配線パターン
に合せてマスク（マスクＡ）をかけた後、直径 1μm の
孔が50μm 間隔で並んだマスク（マスクＢ）をかけた。
スパッタリング法により、Cu薄膜を厚さ40nmで成膜した
後、マスクＢをはずし、この上部にTi薄膜を厚さ 200nm
で成膜した。この後、真空中で熱処理を行った。真空度
は 5×10^-6Torr、熱処理条件は 900℃×50分とした。こ
の結果、アルミナ基板表面に密着性のよい精密な配線パ
ターンが形成された。

【００８６】図３は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層との断面を、ＴＥＭ観察した
結果の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板１
１と活性金属層としてのTi層１２との間に遊離部分はな
く、密着性がよいことが確認された。また、アルミナ基
板１１とTi層１２との間には化合物１３が形成されてい
ることが確認された。さらに、ＥＤＸ定性分析を行った
結果、化合物１３からはAl、Cu、Tiおよび Oが、Ti層１
２からはTiと Oが検出され、目的とした組織が形成され
ていることが確認された。

【００８７】実施例１４アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面にスパッタリング法によ
りZr薄膜を厚さ 100nmで成膜し、次いでマスクをかけて
Ni薄膜を厚さ25nmで成膜した。マスクは直径 1μm の孔
が70μm 間隔で並んだものである。この工程を 5回繰り
返した。マスクの位置は 300μm ずつ移動させた。この
後、チャンバに入れて 7×10^-6Torrまで真空に引いた
後、高純度Arガス(6N)中で 800℃で50分間熱処理した。
この結果、アルミナ基板上に密着性のよいメタライズ層
が形成された。

【００８８】図４は、このような工程を経て作製したア
ルミナのメタライズ体の断面構造を模式的に示す図であ
り、アルミナ基板１１上に形成されたZr層１４内には、
Zr-Al-Ni 系の化合物１５が、Niの成膜パターンに応じ
て形成されていた。また、通常のメタライズ法で作製し
たZrメタライズ体(Zr-Niのペースト使用）とスクラッチ
試験を行って密着性を比較した。7kg/mm²で試験したと
ころ、通常のメタライズ法で作製したZrメタライズ層で
は剥離が見られたが、上記実施例によるメタライズ層で
は剥離は見られなかった。

【００８９】実施例１５アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面にスパッタリング法によ
り、Ti薄膜を厚さ 500nmで成膜し、次いでCo薄膜を厚さ
100nmで成膜した。この後、チャンバに入れて 4×10^-6
Torrまで真空に引いた後、高純度Arガス(6N)中で、 900
℃で 1時間熱処理した。この結果、アルミナ基板上に密
着性のよいメタライズ層が形成された。

【００９０】図５は、このような工程を経て作製したア
ルミナのメタライズ体のＴＥＭ観察した結果の膜構造を
模式的に示す図である。アルミナ基板１１とTi層１６と
の間に剥離部分はなく、密着性がよいことが確認され
た。また、ＥＤＸ定性分析を行った結果、Ti層１６とCo
層１７からAlが検出され、特にCo層１７のAl濃度が高
く、目的としたAlの拡散を促進する断面構造ができてい
ることが確認された。

【００９１】実施例１６回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミナ基板
表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面クリー
ニングを行った。このアルミナ基板表面を配線パターン
に合せてマスキングした後、スパッタリング法により、
Ti薄膜を厚さ 200nmで成膜した。この後、真空度 5×10
^-6Torrの雰囲気中にて 900℃で50分間熱処理した。この
結果、アルミナ基板表面に密着性のよい精密な配線パタ
ーンが形成された。

【００９２】図６は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層との断面を、ＴＥＭ観察した
結果の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板２
１上に設けられたTi層２２において、ＴＥＭ観察を行っ
た場所で、 2個のTi結晶粒Ａ、Ｂに対して電子線回折パ
ターンを調べたところ、電子線の入射方向が共に、［11
2(バー)0] であり、(0002)方向は始めのアルミナ基板２
１の表面に対して、結晶粒Ａで15度、結晶粒Ｂで 8度で
あった。また、アルミナ基板２１とTi層２２との間に遊
離部分はなく、密着性がよいことが確認された。さら
に、ＥＤＸ定性分析を行った結果、Ti層２２からAlが検
出され、Alの拡散が起こったことが確認された。

【００９３】実施例１７アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面を配線パターンに合せて
マスキングした後、スパッタリング法により、Ti薄膜を
厚さ 2μm で成膜した。この後、チャンバに入れて 7×
10^-6Torrまで真空に引いた後、高純度Arガス(6N)中に
て、 800℃で20分熱処理した。図７は、このような工程
を経て作製したアルミナ基板の概略図である。アルミナ
基板２１上に密着性に優れたTi層２２が形成されてい
た。

【００９４】また、同様の成膜条件および熱処理でＴＥ
Ｍ観察用の試料を作製し、アルミナ基板の表面に垂直な
方向からＴＥＭ観察を行った。観察した結晶粒子の電子
線回折パターンを調べたところ、傾斜角±30度以内で電
子線の入射方向が(0001)の電子線回折パターンが得られ
た結晶粒子は 75%であった。

【００９５】次に、上記実施例のメタライズ体と通常の
Tiペーストを塗布、焼成したTiメタライズ体との密着性
を比較するために、スクラッチ試験を行ったところ、通
常のTiペーストによるTiメタライズ体で、上記実施例に
よるTiメタライズ体と同程度の剥離強度を得るために
は、10倍〜15倍の熱処理時間が必要であった。また、作
製したTiメタライズ層の組成分析を行ったところ、通常
のTiペーストによるTiメタライズ体では C、 N等の不純
物が検出されたが、実施例によるTiメタライズ体からは
C、 N等の不純物は検出されなかった。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接合体に
よれば、界面での化学的結合力の向上を図った上で、セ
ラミックス側の応力集中を抑制することできるため、セ
ラミックス基材の強度と比較して、接合部の機械的強度
の低下が少ない接合体を安定して提供することが可能と
なる。また、本発明のメタライズ体によれば、十分な密
着強度を有すると共に、微細なパターン等の形状再現性
に優れたメタライズ層を有するメタライズ体を安定して
提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるメタライズ体の断面を
ＴＥＭ観察した結果を模式的に示す図である。

【図２】本発明の他の実施例によるメタライズ体の断面
構造を模式的に示す図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例によるメタライズ体
の断面をＴＥＭ観察した結果を模式的に示す図である。

【図４】本発明の実施例によるメタライズ体の断面構造
を模式的に示す図である。

【図５】本発明の実施例によるメタライズ体の断面構造
を模式的に示す図である。

【図６】本発明の他の実施例によるメタライズ体の断面
をＴＥＭ観察した結果を模式的に示す図である。

【図７】本発明の実施例によるメタライズ体の構成を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１、１１、２１……アルミナ基板２、５、１２、２２、１６……Ti層３………Ti-Cu-Al系化合物粒子４………Cuメタライズ層１３……Ti-Cu-Al系化合物１４……Zr層１５……Zr-Al-Ni系化合物１７……Co層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基材と金属基材、あるいは
セラミックス基材同志の接合体であって、 Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第
１の金属元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた
少なくとも 1種からなる第２の金属元素と、酸素とを、
組成比で 70at%以上含有する化合物を含み、かつ厚さが
2μm 以下の接合層を介して、前記セラミックス基材と
金属基材、あるいは前記セラミックス基材同志が接合さ
れていることを特徴とする接合体。
【請求項２】セラミックス基材と、前記セラミックス
基材上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なく
とも 1種からなる第１の金属元素と、Cu、Ni、Co、Feお
よびMnから選ばれた少なくとも 1種からなる第２の金属
元素と、酸素とを、組成比で 70at%以上含有する化合物
を含むメタライズ層とを具備することを特徴とするメタ
ライズ体。
【請求項３】セラミックス基材上に、Ti、ZrおよびHf
から選ばれた少なくとも 1種からなる第１の金属元素の
薄膜と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少なくと
も 1種からなる第２の金属元素の薄膜を順に形成する工
程と、前記薄膜を形成したセラミックス基材に、前記薄膜の融
点以下の温度で熱処理を施し、前記セラミックス基材上
に前記第１の金属元素と第２の金属元素と酸素とを組成
比で 70at%以上含有する化合物を含むメタライズ層を形
成する工程とを有することを特徴とするメタライズ体の
製造方法。
【請求項４】アルミナ系セラミックス基材と、Ti、Zr
およびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属
とCuとAlとを構成元素として含む化合物粒子が前記アル
ミナ系セラミックス基材との界面近傍に分散形成された
前記活性金属の層と、前記活性金属層上に設けられたCu
層とを具備することを特徴とするメタライズ体。
【請求項５】アルミナ系セラミックス基材と、前記ア
ルミナ系セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrおよび
Hfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属層とを
具備し、前記活性金属層とアルミナ系セラミックス基材との界
面、前記活性金属層の内部、および前記活性金属層の表
面の少なくとも 1つに、予めAlと結合しやすい物質を配
置すると共に、前記Alと結合しやすい物質を固相熱処理
によりAlとの結合物として存在させたことを特徴とする
メタライズ体。
【請求項６】アルミナ系セラミックス基材と、前記ア
ルミナ系セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrおよび
Hfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属層とを
具備し、前記活性金属層は、前記アルミナ系セラミックス基材表
面に垂直な方向に対して±30度の範囲に、結晶のｃ軸を
配向させた前記活性金属の結晶粒子を主体とする配向膜
であることを特徴とするメタライズ体。